NVMe SSD已經落伍!Intel新上市3D XPoint“媲美”內存條
英特爾公司今天宣布了采用了3D XPoint存儲技術的首款閃騰技術產品:稱為英特爾閃騰固態硬盤DC P4800X的存儲器。這是一塊集成在PCle卡上的375GB大小的固態硬盤。從即日起限量發售,價格為1520美元,而在下半年將大量發售。在第二季度,將發布750GB的PCle版和375GB的U.2型款,而下半年計劃發布1.5TB的PCle卡,750GB和1.5TB的U.2外存儲器。
3D XPoint是英特爾和Miron聯合開發的新型永久固態存儲器。這種存儲器的具體工作方式的細節尚不可知——但是普遍認為是依靠改變電阻來記錄數據的——總之其優異的性能表現讓其應用廣泛。
最初消息發布時2015年的事了,英特爾宣稱這款產品的速度將是NAND閃存的1000倍,比DRAM的存儲密度大10倍,持續能力是NAND的1000倍。不過當時并未詳細說明究竟是什么快,可能是讀寫速度,也沒有說明是哪種NAND。隨著如今產品發售,這些比較的具體說明也浮出水面。英特爾的一頁幻燈片明確表示:3D XPoint技術的延遲只有NAND閃存的千分之一(或者說約為DRAM的十分之一),存儲密度是DRAM的十倍。
P4800X的性能原始數據圖在二月發布。總結起來是:這是一款數據中心專用配件,專為高讀取/寫入負載設計,并追求低延遲。隊列傳輸率為讀取2400MB每秒,寫入2000MB每秒,性能不錯,但是有些頂尖級別的NAND閃存讀寫速度還要略勝一籌。P4800X主打的功能是保持高速讀寫負載,同時維持低延遲。
SSD生產商經常考慮的參數是IOPS,即每秒讀寫操作數(I/O Operations Per Second),這個數字自然越大越好,當然總有要注意的地方:這個數字計算過程中,隊列深度(Queue Depth,一次可以傳送到磁盤設備的命令數量)總是32,也就是說,雖然硬盤要接受大量的讀寫請求,但是等待隊列中的操作永遠是32個。在此隊列深度下,NAND閃存固態硬盤能實現300000-400000的IOPS。
而P4800X能實現550000的讀取IOPS和500000寫入IOPS[此處不嚴謹,IOPS是每秒讀寫操作數,如果單作讀取和寫入,可以只用OPS(每秒操作數),譯注],然而重要的是,英特爾宣稱即便隊列深度低,也能達到這個數值。途中表里數據標注出隊列深度只有16,公司稱現實中低到8才是最極限的情況。
除此之外,英特爾稱每個讀寫操作的延遲即便在高負載之下也依舊很低。在隊列深度為1的情況下,99.999%的操作讀延遲都在60微秒(千分之一秒,100微秒以下的延遲肉眼幾乎無法察覺)以內,寫入延遲在100微秒以內。而隊列深度為16的時候延遲分別升至150微秒以內和200微秒以內。作為比較,英特爾的P3700 NAND固態硬盤只能讓99%的操作延遲在2800微秒以內。
同樣,在持續寫入負載情況下,P4800X依舊能保持讀取低延遲。而P3700在寫入帶寬占用逐漸增加下,其讀取延遲會穩定上升。
聽起來閃騰硬盤似乎可以用來當緩存使用了,但是英特爾的野心并不限于此。3D XPoint能支持字節尋址;也就是說,每個字節(存儲基本單元,為8個比特,即八位0和1,1GB=10億字節)都能單獨訪問和改寫。這讓其與NAND閃存相比優勢巨大。NAND的最小訪問單元一般是512,2048或者4096字節的內存頁(page)。這些頁再組合成塊(block),一般大小為16,128,256,512KB。
讀寫操作必須在頁上進行,然而每個頁只能被寫入一次。如果需要再寫入,就必須擦除,但是擦除的時候不能單頁擦除,必須整塊一起擦除。硬盤的磁盤旋轉能實現在扇區(sector)上的讀寫操作,一般要么是512字節(或者512字節+額外的簿記空間(bookkeeping)),或者4096字節(或者再加額外的存儲空間)。但是有了3D XPoint技術,讀寫操作能在每個字節上進行。
與閃存由于反復擦除導致物理性磨損的問題不同,3D XPoint的寫入并不造成破壞。這讓硬盤的耐用能力比同數據密度的NAND要強得多。英特爾表示閃騰固態硬盤能安全實現每天30次的寫入,而一般每天整盤讀寫平均次數只有0.5到10次。
閃騰的低延遲和低損耗特性讓其用于數據緩存和存儲服務器再適合不過了。但是英特爾還開發了閃騰的新應用,充分發揮了這兩項特性。P4800X能像一塊普通的加了PCle的固態硬盤一樣使用,但是英特爾開發了一個叫“內存硬盤技術”,讓P4800X在合適的主板芯片組和處理器的協助下(意思是你必須用至強處理器),像RAM內存一樣使用(有點類似虛擬內存)。閃騰的延遲和帶寬性能都比DRAM要弱,但是數據密度更高,而且長遠來講價格更低。
內存硬盤技術使用了預啟動的中間件,并且對于操作系統完全透明,還能將常規DRAM和SSD結合形成一大塊靈活的存取空間。對于大部分工作負載來說,這樣的空間比同樣大小的DRAM的存取空間的讀寫速度要慢一些,但是長期成本更低,而且功耗也略小一些。英特爾甚至稱這樣能加速某些工作負載;雖然閃騰“內存”比一般的RAM內存要慢一些,但是中間件能對數據存儲進行管理和移動,因而往處理器的過程會更快,而且在使用了NUMA配置之后處理器還能協助完成工作。
最大的有點可能是在潛移默化中增加了服務器的物理內存:兩個socket至強系統能支持最多3TB的RAM內存,但是卻能支持24TB的閃騰內存;4個socket系統最多支持12TB的RAM,但是閃騰卻是48TB。這可能會讓那些需要大量內存空間的應用更容易實現了。
如果買了個加了PCle的固態硬盤,拿回來當成內存用,可能看起來略為尷尬。明年英特爾還真準備發布閃騰DIMMS(Dual-Inline-Memory-Modules,雙列直插式存儲模塊)。
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